مکانیک سازه ها و شاره ها

در این پژوهش، مدل‌سازی نیروی بحرانی منیپولیشن ذرات در فضای سه‌بعدی با استفاده از روش طراحی آزمایش‌ها موردبررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، تحلیل تأثیر عوامل هندسی و کنترلی بر نیروی بحرانی لازم جهت منیپولیشن ذره با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بود. پنج پارامتر کلیدی شامل شعاع ذره، ضخامت تیرک، طول تیرک، عرض تیرک و ارتفاع سوزن به‌عنوان متغیرهای ورودی انتخاب شدند و نیروهای بحرانی در راستاهای X و Y به‌عنوان پاسخ‌های خروجی مورد مدل‌سازی و تحلیل قرار گرفتند. با اجرای ۲۷ آزمایش طراحی‌شده و تحلیل آماری نتایج حاصل از مدل‌ رگرسیونی استخراج شده، مشخص شد که پارامترهای ضخامت تیرک و شعاع ذره بیشترین تأثیر را در افزایش نیروی بحرانی منیپولیشن دارند، درحالی‌که افزایش طول تیرک و ارتفاع سوزن منجر به کاهش این نیرو می‌شود. بررسی نمودارهای سه‌بعدی نشان داد که تأثیر متقابل پارامترها بر نیروی بحرانی قابل‌توجه بوده و عملکرد نهایی منیپولیشن به ترکیب مناسب ویژگی‌های هندسی و فیزیکی وابسته است. همچنین، تحلیل باقیمانده‌ها، توزیع نرمال خطا و دقت بالای مدل (R² > 99%) را تأیید کرد. نتایج این تحقیق می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای طراحی و توسعه بهینه ابزارهای منیپولیشن مورداستفاده قرار گیرد.

آلودگی صوتی یکی از چالش‌های مهم محیط زیست است که می‌تواند سلامت انسان و پایداری اکوسیستم را تهدید کند. استفاده از نانوساختارهای کربنی به‌دلیل استحکام مکانیکی بالا و ویژگی‌های منحصربه‌فرد هندسی، رویکردی نوین برای جذب صوت در مقیاس نانو متر به‌شمار می‌آید. در این پژوهش، انتشار و جذب امواج صوتی در محیط گازی آرگون با بهره‌گیری از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. مدل ابتدا در غیاب جاذب اعتبارسنجی گردید و سپس اثر قطر، تعداد، آرایش و فرکانس بر پارامترهای آکوستیکی شامل ضریب میرایی، عدد موج و ضریب جذب تحلیل شد. نتایج نشان داد افزایش قطر نانولوله‌ها سطح تماس مؤثر را گسترش داده و افزایش تعداد آن‌ها با کاهش مسیر آزاد مؤثر مولکول‌ها، کارایی جذب را بهبود می‌دهد. آرایش مثلثی با محدودسازی فضا و افزایش برخوردهای گاز– دیواره، بالاترین ضریب جذب را ایجاد کرد. همچنین بررسی وابستگی فرکانس نشان داد میان فرکانس، ضریب میرایی و ضریب جذب همبستگی مستقیم برقرار است که تطابق آن با مطالعات پیشین، اعتبار شبیه‌سازی حاضر را تأیید می‌کند. محدودیت اصلی مطالعه، تمرکز بر محیط گازی آرگون و استفاده از نانولوله‌های تک‌جداره با ابعاد محدود است. با این وجود، یافته‌ها بر اهمیت بهینه‌سازی هندسه و پارامترهای ساختاری نانوجاذب‌ها برای طراحی سامانه‌های کارآمد کنترل نویز در فرکانس‌های بالا تأکید دارند.

در این مقاله یک چارچوب چندفیزیکی برای تحلیل و کاهش پیچش در عملگرهای کامپوزیت پلیمر یونی-فلزی (IPMC) ارائه گردید که در آن هم‌زمان اثرات ویسکوالاستیک و الکتروفعال ماده در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم ابتدا بر اساس نظریه تیر اویلر–برنولی و بر اساس اصل کمینه‌سازی انرژی استخراج شده و سپس با اتصال به روابط الکتروشیمیایی نرنست–پلانک–پواسون، ممان پیچشی ناشی از انتقال یون‌ها تحت میدان الکتریکی تعیین گردید. به‌منظور لحاظ‌کردن نرم‌شدگی ماده، مدول‌های مکانیکی به صورت مدل‌های ترکیبی وابسته به زمان و میدان الکتریکی تعریف شدند. شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که در ولتاژ ۵ ولت و ضخامت ۱ میلی‌متر، مدول برشی در حدود ۱۰ ثانیه تقریبا تا ۸۵% افت می‌کند؛ اما با لایه‌های سخت عرضی و تحریک طولی متقارن، ممان پیچشی به کمتر از ۵ % مقدار اولیه رسیده و زاویه پیچش عملاً حذف می‌شود. تحلیل پایداری با معرفی یک شاخص انجام شد که اثر زمان، شدت میدان و قید مرزی را هم‌زمان بر پایداری نشان می‌دهد. نتایج عددی بیانگر آن است که کاهش مدول‌ها در گذر زمان و با افزایش ولتاژ، مقاومت برشی و خمشی ماده را کاهش داده و انرژی ویسکوز افزایش می‌یابد؛ با این حال، اعمال شرط مرزی در لبه‌ها موجب سرکوب پیچش حتی در شرایط نرم‌شدگی شدید می‌شود. تحلیل حساسیت هندسه نیز نشان داد تغییر طول و عرض اثر محدودی بر انرژی ویسکوز دارد، اما نقش شرط مرزی در کنترل پیچش بسیار تعیین‌کننده است.

اثر زاویه پس‌گرایی و سرعت جریان بر مشخصه‌های آیرودینامیکی بال‌زن با بال انعطاف‌پذیر در زوایای حمله مختلف با استفاده از آزمون تجربی در تونل باد مادون صوت، در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در اعداد رینولدز 42000 تا 170000 که محدوده پرواز برای پرندگان طبیعی با ابعاد نزدیک به کبوتر است انجام شده است. مدل آزمون از دو بخش صلب (در ریشه) و انعطاف‌پذیر (در نوک) تشکیل شده و حرکت نوسانی بال‌زدن در آن توسط سامانه الکترومکانیکی تامین شده است. نتایج نشان می‌دهد افزایش سرعت در بسامد‌های بی‌بعد شده کم‌تر از 2/0، سبب کاهش نیروی برآی بال شده است. رفتار نمودار ضریب پیشران برحسب سرعت در زوایای حمله صفر تا 6 درجه کاملاً متفاوت از زوایای حمله بیش از 6 درجه است؛ به طوری که در زاویه حمله 3 درجه تغییرات بر حسب سرعت کمتر از 10 درصد بوده اما در زاویه حمله 18 درجه ضریب پیشران با افزایش سرعت از 5 به 20 متر برثانیه، 50 درصد کاهش داشته است. همچنین انعطاف‎پذیری بال سبب شده است تا با افزایش سرعت اختلاف فشار دینامیکی جریان سبب تغییر شکل بال و در نهایت کاهش ضریب برآی بال شود. نیز ساختار جریان از زاویه حمله 9 درجه به بعد به گونه‌ای است که توانایی تولید نیروی پیشران نداشته است.

در این پژوهش، پولیش‌کاری به کمک الیاف به عنوان روشی برای رفع عوارض ناخواسته ناشی از ساینده‌ها بر روی سطوح قطعات حساسی مانند پروتزها، عدسی‌ها و پره‌های توربین ارائه شده است. برای این منظور، ابتدا یک ابزار پولیش‌کاری مبتنی بر الیاف سیسال زبر ساخته شد. سپس عملکرد این ابزار بر روی نسبت زبری سطح و نرخ پولیش‌کاری سر فمورال مصنوعی ساخته‌شده از فولاد زنگ نزن 316L مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که ابزار پولیش‌کاری مبتنی بر الیاف سیسال زبر در پرداخت سطح سر فمورال مصنوعی مؤثر و کارآمد عمل می‌کند. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که مکانیسم اصلی پرداخت، شکست تدریجی الیاف سیسال و تشکیل ریزرشته‌هایی خودسازگار است که به عنوان ساینده‌ای نرم عمل می‌کنند. این فرآیند در مدت 5/2 ساعت، با عبور از فاز خشن‌کاری به نانوپرداخت‌کاری، سطحی با میانگین زبری 96/36 نانومتر و بازتاب آینه‌ای بر روی سر فمورال ایجاد نمود. در نتیجه، ابزار پولیش‌کاری مبتنی بر الیاف سیسال به‌عنوان روشی کارآمد برای اصلاح سطح قطعات با هندسه پیچیده در صنایع پزشکی، هوافضا و خودروسازی پیشنهاد می‌شود.